Líquidos iónicos surfactantesComportamiento liotrópico e interacción con polímeros

Abstract

Los líquidos iónicos son sales orgánicas con puntos de fusión inferiores a 100ºC, el catión suele involucrar átomos de nitrógeno o de fósforo cargados positivamente, mientras que los aniones suelen ser voluminosos. Con el cambio del catión o del anión, pueden variarse las propiedades del líquido iónico como por ejemplo: el punto de fusión, la viscosidad, miscibilidad, entre otras; pudiendose obtener liquidos iónicos a medida de las necesidades que se tengan. Una de las propiedades que reviste mayor interés en los líquidos iónicos consiste en su capacidad surfactante, puesto que el catión de estas sustancias presenta una parte polar hidrofílica y una apolar hidrofóbica. Cuando la cadena alquílica del catión presenta una longitud superior a 8 átomos de carbono, pueden formar en disolución, dependiendo de la concentración de líquido iónico, agregados como las micelas o estructuras más ordenadas como las mesofases laminares. A este comportamiento en disolución se le conoce como "Comportamiento Liotrópico". Las sales del catión imidazolio constituyen una de las familias más importantes dentro de los líquidos iónicos. En este trabajo se presenta un estudio sobre el comportamiento liotrópico de tres líquidos iónicos: cloruro de 1,3-didecil-2-metil imidazolio (C10C10[2-mim]CI), cloruro de 1-tetradecil-3-metil imidazolio (C14[3-mim]CI) y cloruro de 1-hexadecil-3-metil imidazolio (C 16[3-mim]CI). Se estudia también la influencia que tiene, sobre las estructuras formadas por los líquidos iónicos, la presencia de dos polímeros hidrosolubles: poli(N-dimetilacrilamida) y poli(N-isopropilacrilamida). Para bajas concentraciones de líquido iónico, en las que se forman agregados micelares, se determina la temperatura de Krafft, se estudia el proceso de micelización a diferentes temperaturas, así como las interacciones polimero-surfactante a 25ºC. Para todo ello, se hace uso de técnicas como Micro-DSC, ITC, conducmetría y medidas de tensión superficial. Cuando se incrementa suficientemente la concentración de líquido iónico, pueden obtenerse estructuras líquido cristalinas. En el presente caso, hemos estudiado las mesofases laminares formadas en los sistemas líquido iónico/agua/1-decanol, la presencia de este último componente se debe a que facilita la formación de mesofases laminares. Se lleva a cabo un estudio de la influencia de la temperatura y de la relación molar 1-decanol líquido iónico, sobre las mesofases, así como el efecto que tiene la introducción de polímero en el sistema. Para ello se hace uso de diferentes técnicas: SAXS, WAXS, microscopía óptica, Cryo-SEM y DSC. Los resultados obtenidos para la concentración micelar critica (CMC) de !os líquidos iónicos estudiados, muestran una clara dependencia con la longitud de la cadena alquílica, de forma que al aumentar esta disminuye la CMC. El proceso de micelización es inicialmente endotérmico y pasa a ser exotérmico a temperaturas comprendidas entre 20 y 30ºC. Entre los líquidos iónicos y la PNIPA se llevan a cabo interacciones de tipo hidrofóbico y mediante enlaces de hidrógeno, pero en el caso de la PDMAA no se llevan a cabo interacciones o estas son demasiado débiles para ser detectadas. En el caso de las mesofases laminares, se realiza un diagrama de fases para las mezclas C10C10[2-mim]Cl/agua/1-decanol y C14[3-mim]CI/agua/1-decanol, en un amplio intervalo de temperaturas y concentraciones, tomando como base la "información obtenida mediante las diferentes técnicas utilizadas. En el caso del C10C10{2-mim]CI, se presenta una fase laminar con estructura L0 , con el incremento de la temperatura y de! contenido de 1-decanol se produce la aparición de una fase esponja. Para el C14[3-mim]CI, se observa la presencia de microesferas de tamaños dispersos, con estructuras tipo cebolla, que explican el aspecto turbio que presentan las mezclas para este líquido iónico. En el diagrama de fases de este último, se observan dos estructuras laminares (L0 y Lb), cuya presencia depende de la temperatura; estas fases laminares pueden coexistir o no con una fase isotrópica. Tras la introducción del polímero en las mesofases, este puede quedar confinado o excluirse de la capa de agua de las láminas, dependiendo de diversos factores como el tamaño del polímero y la existencia de interacciones entre este y el líquido iónico.